Фоторезисторы

Фоторезистором называется полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется под действием излучения. Фоторезистор формируется нанесением на диэлектрическую подложку слоя фоточувствительного полупроводника. Затем создаются омические контакты (рис. 15.7, а). В качестве полупроводникового слоя в ультрафиолетовой и в видимой областей спектра в основном используются сульфид кадмия CdS и селенид кадмия CdSe, а в инфракрасном диапазоне –сульфид свинца PbS и селенид свинца PbSe.

Если фоторезистор не освещен, то он обладает большим сопротивлением, называемое темновым (R_T ~ 10⁷ Ом). При освещении полупроводникового слоя с энергией фотонов больше пороговой в полупроводнике происходит генерация избыточных электронов и дырок. Это приводит к повышению проводимости фоторезистора на величину, определяемой выражением (15.4), а сопротивление уменьшается.

Рис. 15.7. Структура фоторезистора а), его обозначение б) и схема включения в). 1-диэлектрическая подложка, 2- фоточувствительный слой, 3-омические контакты.

На рисунке 15.7, в показана электрическая схема включения фоторезистора. Под действием напряжения V в цепи будет протекать ток I, величина которого определяется действующим на фоторезисторе напряжением, величиной светового потока Ф, падающем на него и длиной волны падающего излучения. Поэтому, работа фоторезистора описывается вольтамперной характеристикой при постоянных параметрах освещения, световой или энергетической при V и λ =const и спектральной при условии V и Ф =const характеристиками.

Вольтамперные характеристики фоторезистора (рис.15.8, б), как и у обычных резисторов, представляют собой прямые, наклон которых растет с ростом величины светового потока. Световая характеристика (рис.15.8, а) для большинства фоторезисторов при не очень больших световых потоках имеет линейную зависимость, однако при больших световых потоках линейность нарушается. Нарушение линейности вызвано тем, что с ростом освещенности фоторезистора квазиуровни Ферми приближаются к разрешенным зонам полупроводника, что повышает вероятность рекомбинации генерируемых светом избыточных электронов и дырок, тем самым уменьшается величина фототока. Световая характеристика может быть аппроксимирована зависимостью ,

а) б)

Рис.15.8. Световая а) и вольтамперные б) характеристики фоторезистора.

где I_T – темновой ток, I_Ф – фототок, С и п – коэффициенты, являющиеся постоянными для данного типа фоторезистора в заданном диапазоне освещенности. Например, в линейной области световой характеристики п = 1, а в нелинейной области значение п приближается к 0,5.

Световая характеристика фоторезисторов описывается важным параметром – интегральной чувствительностью при номинальном напряжении . Параметр называется интегральным, так как определяется при освещении световым потоком сложного спектрального состава, например, белым светом. Значение интегральной чувствительности зависит от температуры окружающей среды, обычно с ростом температуры уменьшается.

Спектральная характеристика фоторезистора представляет собой зависимость фототока от длины волны падающего излучения. Для каждого фоторезистора существует свой максимум спектральной характеристики, где фототок максимальный I_Ф = I_Фмах. Это связано с тем, что различные полупроводниковые слои, из которых изготовлены фоторезисторы, имеют разные ширины запрещенной зоны, а на образование избыточных электронно-дырочных пар требуется энергия фотона, равная ширине запрещенной зоны. Поэтому, обычно строятся приведенные спектральные характеристики I_Ф/I_Фмах=f(λ) (рис.15.9).

Появление максимума на спектральных характеристиках обусловлено следующими факторами. С уменьшением длины волны излучения энергия фотонов повышается, однако уменьшается глубина проникновения фотонов в полупроводник, т.е. свет поглощается в приповерхностных слоях. На поверхности полупроводника, как известно, много рекомбинационных центров, поэтому резко возрастает рекомбинация избыточных электронов и дырок и фототок тоже резко уменьшается. С ростом же длины волны падает энергия фотонов, уменьшается коэффициент поглощения, что также уменьшает фототок.

Рис.15.9. Примерные спектральные характеристики различных фоторезисторов

Для фоторезисторов характерны стабильность фотоэлектрических характеристик во времени, простота устройства, допускающая различные конструктивно-технологические решения. Основным недостатком фоторезисторов с точки зрения практического применения как приемника излучения являются значительная зависимость сопротивления фоторезистора от температуры и сравнительное невысокое быстродействие, что связано с большим временем жизни избыточных электронов и дырок после прекращения облучения.

Дата добавления: 2015-05-06